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城市排水系统新思维
文章点击游览: 次  整理日期:[2015年06月23日 10:24]

我国是一个水资源相对贫乏、时空分布又极不均匀的国家。由于我国城市化进程的加快和国民经济的高速发展,水环境污染和水资源短缺日趋严重。目前,许多城市由于水资源不足影响了当地的社会经济发展,全国每年因为水资源短缺而造成的经济损失高达2000多亿元。造成水资源紧张的主要原因:一是水资源总量先天不足;二是水质日趋恶化,不能满足水体正常使用的功能要求。据统计1997年全国建制市污水产生量351 亿m3 ,2020年预计将达536 亿m3;而相比之下,污水处理率却增长缓慢,1997年实际处理污水量为1292万m3/d,处理率仅为13.4%,如果考虑到污水处理设施由于各种原因运行不正常的状况,污水达标排放率仅百分之几而已。其中,绝大部分的污水直接排入江河湖海中,造成水体污染,破坏了天然水体的良性循环。据报道,目前全国城市水源只有30%符合卫生标准,全国七大水系有一半以上江段被污染,流经42个大中城市的44条河流中有93%被污染[1]。

恢复我国水环境是解决我国水资源不足的根本所在。其主要途径就是在各城市修建和完善污水处理厂,提高污水处理程度,努力促进水的健康循环。值得庆幸的是,人们已经开始逐步认识到水在社会发展中的重要地位,在建设部城市污水处理规划中提出要在2010年前增建 1000余座污水处理厂,使处理能力增加到5000万~6000万m3/d,污水处理率将达40%左右。

本文就排水系统的功能、规划和思想原则等方面提出一些思路,以期能引起社会对排水系统和水健康循环的关注。

1 水污染控制及排水系统发展历程

随着社会的发展和人们环境意识的增强,我国水污染控制经历了由单一污染源的治理、污染物浓度达标排放到区域污染综合防治、以环境容量为依据的污染物排放总量控制的两个阶段。

在20世纪70年代末期之前,主要采取的是点源治理策略,显然不足以防止水环境的污染。 80年代开始进入污染综合防治和总量控制阶段。在过去的几十年中,由于我国的污染防治工作一直摆脱不了点源治理、达标排放、三同时和谁污染、谁治理的政策,实际结果并不理想。据国家环保总局对我国5556套工业废水处理设施调查结果表明,三个效率(污染治理设施的运行率、设备利用率、污染物去除率) 较好的仅占运行设施总数的35.7%,其污染物去除率达到设计能力的只有50%,总体有效投资只占全部处理设施总投资的31.3%,只有不足1/3的设备发挥作用[2]。由此可见原有污水处理系统的规划、设计、思想原则中存在不少问题,已不再适应当前我国经济发展和环境保护的要求。

2 排水系统的功能

传统观念上的排水系统是以防止雨洪内涝、排除和处理污水、保护城市公共水域水质为目的,认为污水是有害的、应尽快排除到城市下游。这种观念导致的结果往往是保护了局部的生活环境,危害了广大流域地区。实际上,良好的水环境不是局部地域的,它的范围是整个流域的乃至全球的。给水系统和排水系统好比是城市水循环的动脉与静脉,排水系统起到回收城市污水和净化再生,畅通城市水循环的作用。21世纪排水系统的定位应从以前的防涝减灾、防污减灾逐步转向污水的资源化,从而恢复健康水循环和良好水环境,维系水资源可持续利用。事实证明:污水深度处理与再生回用是恢复水环境的必由之路,其社会效益、环境效益与经济效益已为世界各国所瞩目。在这方面每一个点滴进步都是对人类社会的贡献。

3 排水系统的规划

在污水深度处理、超深度处理、污水再生回用已经实用化了的今天,城市总体规划与给水排水系统规划都应当重新考虑,将污水的再生和回用放到重要位置上来。在进行排水系统规划时,应对整个城市的功能分区、工农业分布、排水管网及污水处理现状等做周密的调查,调查现有的和预测潜在的再生水用户的地理位置及水量与水质的需求,并将这种结果反映到给排水专业规划中。恰当地确定排水分区、污水净化厂的位置与个数,改变将污水处理厂摆放在城市最下游进行高度集中处理的传统做法。在进行新建和扩建污水处理厂的设计时,要近远期结合考虑污水回用的需要,选择污水深度处理系统,预留污水深度处理的发展用地,使污水处理、深度处理系统和回用系统的总投资之和为最小。

在进行排水管网的规划时,要把雨水、污水的收集、处理和综合利用结合起来,逐步转变目前的雨、污水合流制或不完全分流制系统为完全的分流制系统。雨、污水的分流有利于对不同性质的水采用不同方法处理和控制,有利于雨水的收集、贮存、处理和利用,避免洪涝灾害,增加城市可用水资源,同时也有利于减轻城市面源污染。

在规划中还应该引起注意的是应妥善处理和处置城市污水处理厂产生的大量污泥,避免产生二次污染,危害城市环境。目前较多的是将污泥填埋,这不但需要大量的土地,而且废弃了大量污泥资源。因此污泥处置的最终出路应该是作为农业肥料--充分利用污泥中富含的N ,P,K等营养物质,既可避免污染,又可创造经济效益。

3.1 污水处理厂的选址与数目

按照传统规划方法,污水处理厂厂址要根据污染物排放量控制目标、城市布局、受纳水体功能及流量等因素来选择,一般尽可能地安放在各河系下游、城市郊区。但是这种系统布局使污水厂距离再生水用户较远,需铺设的回用水管网费用相应增加,不利于污水的资源化。因此,在确定污水处理厂厂址时,还应对再生水的用户进行调查分析(城市中的自然水面、小河、绿地和工业再生水用户),并根据回用水的需求,在城市中适当位置设置污水净化厂(再生水厂),收集附近区域的城市污水,根据回用水质要求加以处理之后就近回用。

根据长期的实践经验,建设大型的污水处理厂可以发挥规模效益,降低建设费用和日常运行费用,但这种观点并没有考虑到污水回用的因素,如果考虑再生水的回用所需铺设的输水管道、提升泵站等费用,考虑改善城市水环境以及因为污水回用减轻城市排水管网系统的负担所带来的经济效益,那么可以肯定,在城市下游建立集中的大型污水处理厂,在经济上并不是最优的,也是和促进污水回用相悖的。因为污水厂的数目过少,势必远离再生水用户,加大回用水输送管道的距离和投资,增加回用水成本,不利于污水回用。因此,城市污水厂的数目不应拘泥于传统经验,而应该依据城市实际中水回用的需要在适当位置建设合适规模的污水处理厂,使得整个城市形成大、中、小,近、远期相结合的污水处理厂布局规划。这样,既有利于污水回用,又减轻了城市排水管网系统的负担,易于实现分期建设,符合我国当前国情。

3.2 处理工艺流程的选择

污水处理的方法较多,按照不同的分类标准可以分成不同的工艺流程。因此应该根据污水水质和回用水水质的要求,对水处理单元进行多种组合,通过技术经济比较来选择出经济可行的污水处理流程。这就要求在确定工艺流程的时候增加对该厂附近地区污水再生水需求情况的调查,以便对处理工艺进行适当的延长和完善,即可满足污水回用水质的要求。例如:当处理后的污水规划作为农田灌溉用水时,选择工艺流程时就可以不考虑或不注重其除磷脱氮效果,而侧重于其对水中病菌、重金属等的去除,因此工艺流程的选择不应该采用诸如A2 /O法等,而可以采用传统的活性污泥法等方法;而作为工业循环冷却水回用时,就需注意去除表面活性剂等容易起泡的物质,尽量减少引起循环水设备堵塞、腐蚀和结垢现象的物质。污水二级处理是污水再生的基础,但是一般都还需要进行不同程度的深度处理,才能达到再生水用户的水质要求。例如:二级水经简单的澄清过滤,可以达到工业冷却水的水质要求;如果作为地下水回灌用水,由于其水质要求较高,需达到饮用水水质标准,因此很有可能需要采用反渗透、钠滤膜等膜分离技术才能满足处理要求。

3.3 技术经济分析

在进行经济分析、方案比选时,在满足出水水质各项指标前提下,除要考虑费用与技术等因素外,还应考虑该方案是否有利于实现污水资源化--既是在原有技术经济分析因子的基础上,增加促进污水资源化和环境质量的改善这两个重要的比较因子。虽然目前我国投入到污水厂建设的资金较为有限,要在全国范围内普遍地实现污水资源化还需要一个认识过程,但是必须注意到这将是解决我国水问题的有效途径。应该从现在开始在有条件的城市和地区率先实现污水处理和再生利用,要努力探求适合我国国情的污水回用途径和相应的处理方法。在各地污水处理厂建设方案的比较中,应从长远观点考虑该方案实施之后,对于解决当地水污染、缓解水资源短缺是否具有最大贡献,全面统筹考虑方案的短期、长期的费用效益比,以便选择一个真正有利于当地水环境好转的优化设计方案。

4 结语

随着全球城市化的发展,排水系统在社会可持续发展中起着越来越重要的作用,污水处理是城市水环境改善的一个极其重要的方面。但是,污水达标排放,并不是排水系统的最终目标,而是更艰巨的治理工作的开端。在新的形式下,排水系统被赋予了新的使命。排水系统是水循环中水质与水量的连接点,再生水利用是良好水循环中质与量的桥梁。污水的资源化、污水的再生和利用既提高了水的利用率,又有效地保护了水环境,有利于实现城市水系统的健康、良性循环,从长远来看,这将是有效地解决我国水资源短缺和水环境恶化问题的优化途径。


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